DETERMINAREA POTENŢI ALULUI DE COROZIUNE
Principiul lucrării: Coroziunea reprezintă
distrugerea fizico-chimică, spontană, ireversibilă şi de nedorit a metalelor şi aliajelor sub acţiunea chimică, electrochimică sau biologică a mediului înconjurător. Proces ele de coroziune depind de natura metalului şi a mediului coroziv, de condiţiile de presiune şi temperatură, de condiţiile statice sau dinamice ale mediului coroziv. Se defineşte drept electrod sistemul electro n eutru metal /soluţie de electrolit. Electrozii pot fi reversibili şi ireversibili. Electrozii reversibili sunt caracterizaţi de reacţii de echilibru la interfaţa metal/soluţie de electrolit. Când soluţia reprezintă un mediu coroziv, reacţiile la interfaţa metal/soluţie de electrolit sunt ireversibile. Ca urmare a desfăşurării simultane a proceselor de ionizare a metalului (procese anodice) şi a depolarizării, a reducerii agenţilor corozivi din soluţia de electrolit (procese catodice) pe aceeaşi suprafaţă metalică, la interfaţa metal/mediu coroziv apare spontan o diferenţă de potenţial, numită potenţial de coroziune.
Procesul global al coroziunii cu depolarizare de hidrogen/oxigen se obţine prin însumarea algebrică algebrică a reacţiilor de ionizare a metalului (oxidare) şi a reacţiei de depolarizare (reducere) a ionilor sau a moleculelor din mediul coroziv. Reacţiile chimice în coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt:
n medii acide:
Reacţii generale
(-) MM +ze
Exemplu (-) Fe Fe+2 + 2e-
(+) zH++ze- z/2 H2
(+)2H+ + 2e- H2
+z
M+ zH
+
-
+z
M + z/2 H2
Fe + 2H
+
Reacţie de ionizare a metalului (oxidare) Reacţie de depolarizare (reducere)
+2
Reacţie globală
Fe + H2
În medii neutre şi alcaline: alcaline:
(-) MM +ze
Exemplu (-) Fe Fe+2 + 2e-
(+) zH2O+ze-zOH-+z/2H2
(+) 2H2O+2e-2OH-+ H2
Reacţii generale +z
M + zH2O
-
+z
-
M + zOH + z/2 H2
Fe + 2H2O
+2
Reacţie de ionizare a metalului (oxidare) Reacţie de reducere r educere -
Fe + 2OH + H2
Reacţie globală
Reacţiile chimice în coroziunea cu depolarizare de oxigen sunt:
În medii acide:
Exemplu
Reacţii generale
(-) MM+z +ze-
(-) Fe Fe+2 + 2e-
(+) zH++z/4 O2 +ze- z/2H2O
(+) 2H++1/2 O2 +2e- H2O
+
M+ zH +z/4 O2
+z
M +z/2H2O
Î n medii neutre şi alcaline : Reacţii generale
+
Fe+ 2H +1/2 O2
+2
Fe +2H2O
Reacţie globală
Exemplu
(-) MM+z +ze-
(-) Fe Fe+2 + 2e-
(+) z/2 H2O +z/4O2+ze- zOH-
(+) H2O +1/2O2+2e- 2OH-
M+z/2 H2O +z/4O2
Fe+ H2O +1/2O2
M(OH)z
Reacţie de ionizare a metalului (oxidare) Reacţie de depolarizare (reducere)
Fe(OH)2
Reacţie de ionizare a metalului (oxidare) Reacţie de depolarizare (reducere) Reacţie globală
Supratensiunea se defineşte matematic astfel: (1) unde εi - potenţialul electrodului metalic străbătut de un curent electric (curent de descărcare, curent de electroliză, curent de coroziune); εi=o - potenţialul de coroziune în circuit deschis, i=0. În cazul coroziunii electrochimice : εi=εcor şi εi=o =εo1 sau εi=o =εo2 Între potenţialele de electrod (de echilibru) şi potenţialul de coroziune la care se desfăşoară simultan procesul anodic sau catodic al metalului, există relaţiile: o a cor (2) 1 o (3) c cor 2 în care: a - supratensiunea anodică (η a>0) c - supratensiunea catodică (η c<0) Potenţialul de coroziune şi supratensiunea depind de natura chimică şi starea suprafeţei metalului, de natura chimică şi pH-ul mediului coroziv. Scopul lucrării: se va determina potenţialul de coroziune şi se vor calcula supratensiunea anodică ş i catodică pentru Fe, Zn, Al supuse coroziunii în mediu acid (soluţie H2SO4), în mediu bazic (soluţie NaOH) şi în mediu neutru (soluţ ie NaCl). În general, în mediul acid are loc coroziunea cu depolarizare de hidrogen, iar în mediul neutru şi alcalin are loc coroziunea cu depolarizare de oxige n. i i 0
Aparatur ă şi substanţe: Aparatură: instrument de masură, cuve cu soluţii, electrozi de fier, zinc, aluminiu Substanţe: soluţii de acid sulfuric, hidroxid de sodiu şi clorură de sodiu Modul de lucru:
- se curaţă plăcuţele metalice (electrozii) cu hârtie metalografică înaintea fiecărei măsurători; - se alcătuiesc pile galvanice, î n care un electrod este metalul introdus în mediul coroziv, iar celălalt este electrodul de referinţă: (-) Me/H2SO4//electrod de referinţă (+) (-) Me/NaOH//electrod de referinţă (+) (-) Me/NaCl//electrod de r eferinţă (+) 0 Ca electrod de referinţă se poate folosi electrodul de Ag/AgCl cu Ag / AgCl 0,266 V - electrodul de referinţă se conectează la bornele voltametrului şi se notează valoarea t.e.m. indicată de afişajul electronic după două minute , când se consideră că a atins o valoare relativ constantă.
Fig. 1.
1 – celula electrolitică; 2 – M – Zn, Al sau Fe; 3 – punte electrolitică; 4 – electrod de Ag/AgCl; 5 - multimetru
2
Calcule şi rezultate:
Se calculează potenţialul de coroziune, ştiind că tensiunea electromotoare măsurată este diferenţa dintre potenţialul catodului şi cel al anodului: E masurat ref cor 0,266 cor Se cunosc următoarele valori ale potenţialelor standard de electrod:
0
Fe
2
0,44 V ;
/ Fe
0
H
0
Zn
2
0 V ;
/ Zn
0,763 V ;
0 3
Al
l
,66V ;
/ Al
pentru mediu acid
/ H 2
0
0,401V
pentru mediu neutru și alcalin
O / OH 2
Se întocmeşte următorul tabel: Nr.
Pilă de coroziune
Emăs (V)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
cor (V)
o
1 (V)
o
2 (V)
a (V)
c (V)
(-) Fe/H2SO4//AgCl/Ag (+) (-) Zn/H2SO4//AgCl/Ag (+) (-) Al/H2SO4//AgCl/Ag (+) (-) Fe/NaOH //AgCl/Ag (+) (-) Zn/NaOH //AgCl/Ag (+) (-) Al/NaOH //AgCl/Ag (+) (-) Fe/NaCl //AgCl/Ag (+) (-) Zn/NaCl //AgCl/Ag (+) (-) Al/NaCl //AgCl/Ag (+)
I nterpretarea rezultatelor: Se vor face observaţii , comparând potenţialul de coroziune în diferite medii corozive, urmărindu-se dacă cor are valori între o1 şi o2 . Tema de casă:
Să se scrie reacţiile care intervin în procesul de coroziune al următoarelor metale: Ni (bivalent), Al (trivalent), Sn (tetravalent), atât în mediu acid, cât şi în mediu neutru şi alcalin. 2. În urma coroziunii unui oţel aliat , introdus într-o soluţie de pH 3,5 se degajă un volum de 1mL H2 măsurat în condiţii normale. Să se scrie reacţiile chimice care au loc şi să se calculeze masa de Fe corodată. 3. În urma coroziunii unei bare de zinc într- o soluţie de NaOH 3N s-au degajat 2,2 mL H 2 (c.n). Să se scrie ecuaţia reacţiei globale de coroziune şi să se calculeze cantitatea de zinc corodată.( MZn = 64 g/mol) 4. Reacțiile care au loc la coroziunea Al în mediu bazic sunt: 1.
a) Al3+ + 3e - Al, b) H+ + 1e -1/2H2, c) 2OH- - 2e-H2O+ 1/2O2 , d) Al Al3+ + 3e -, e)1/2O2 + H2O + 2e-2OH5. Calculati suparatensiunile anodice şi catodice ştiind că potenţialul de coroziune al Al este -1,60V. Scrieţi reacţiile ce au loc la scufundarea Al în mediu neutru şi în mediu acid. 6. Ce cantitate de Fe(OH) 2 se obtine în urma coroziunii a 112 g Fe în mediu neutru. Scrie ţi reacţia globală de coroziune (prin însumarea reacţiei anodice cu cea catodic ă). MFe= 56 g/mol 7. Câte grame de Fe se corodează într -un mediu acid dacă în urma reacţiei se degajă un volum de 5,6 L H2 în condiţii normale. Scrieţi reacţiile ce au loc la electrozi. 3
